Fuerzas y movimiento en Chile: ¿por qué no te caes al saltar? | ORBITECH

ORBITECH AI Academy

¿Alguna vez te has preguntado por qué no te caes de cabeza cuando saltas en el Parque O'Higgins? O por qué sientes que te empujan hacia adelante cuando el microbús frena de golpe en la Alameda? La respuesta está en las fuerzas y el movimiento. Vamos a desglosar estos conceptos con situaciones que viven en tu día a día en Chile, desde la feria de La Vega hasta el funicular de Valparaíso. ¡Prepárate para ver el mundo con otros ojos!

Energía

energía cinética (noun) /e.neɾˈxi.a siˈne.ti.ka/

Energía que posee un cuerpo debido a su movimiento. Depende de la masa y la velocidad del cuerpo.

Sinónimos : energía de movimiento

Cuanto más rápido vayas en tu bicicleta por el Parque Bustamante, más energía cinética tendrás y más difícil será detenerte.

E_{c} = \frac{1}{2} m v^{2}

Un bus del Transantiago de 10 000 kg moviéndose a 10 $m/s$ (36 $km/h$ ) tiene una energía cinética de 500 000 J.

energía potencial (noun) /e.neɾˈxi.a po.tenˈsjal/

Energía almacenada en un cuerpo debido a su posición o configuración. Puede convertirse en energía cinética al liberarse.

Sinónimos : energía de posición

Cuando subes al cerro San Cristóbal en funicular, ganas energía potencial gravitatoria que luego puedes convertir en movimiento al bajar.

E_{p} = m g h

Un turista de 80 kg en la cumbre del cerro Santa Lucía (200 m de altura) tiene una energía potencial de 156 800 J respecto al nivel del mar.

General

sistema de referencia (noun) /sisˈte.ma ðe re.feˈɾen.sja/

Conjunto de ejes coordenados y un punto de origen que se utiliza para describir el movimiento de los cuerpos. Puede ser inercial (sin aceleración) o no inercial (con aceleración).

Sinónimos : marco de referencia

Si describes el movimiento de un bus desde la vereda de Providencia, usas un sistema de referencia fijo. Si lo haces desde otro bus que avanza, usas uno móvil.

Para medir la velocidad del metro en Santiago, los ingenieros usan un sistema de referencia fijo en las vías, no uno que se mueva con el tren.

Mecánica

acción y reacción (noun) /akˈsjon i reˈak.sjon/

Par de fuerzas que aparecen simultáneamente cuando dos cuerpos interactúan, según la tercera ley de Newton. Nunca actúan sobre el mismo cuerpo.

Sinónimos : par acción-reacción

Cuando pateas un balón en la cancha del colegio, tu pie ejerce una fuerza sobre el balón (acción) y el balón ejerce una fuerza igual sobre tu pie (reacción).

{\vec{F}}_{A B} = - {\vec{F}}_{B A}

Al saltar en el Parque O'Higgins, tus pies ejercen una fuerza hacia abajo sobre el suelo (acción) y el suelo ejerce una fuerza hacia arriba sobre tus pies (reacción), permitiéndote despegar.

aceleración (noun) /ak.se.le.ɾaˈsjon/

Variación de la velocidad de un cuerpo por unidad de tiempo. Puede ser positiva (aumenta velocidad) o negativa (disminuye velocidad).

Sinónimos : cambio de velocidad

Cuando el ascensor del Costanera Center acelera hacia arriba, sientes que tu estómago se 'sube' porque tu cuerpo resiste el cambio de movimiento.

a = \frac{Δ v}{Δ t}

El bus del Transantiago en la Gran Avenida acelera a 2 $m/s$ ^{2} cuando arranca desde una parada en San Bernardo.

aceleración de gravedad (noun) /ak.se.le.ɾaˈsjon ðe ɡɾa.βiˈðað/

Aceleración constante que experimentan los cuerpos en caída libre cerca de la superficie terrestre, causada por la fuerza gravitatoria. Su valor estándar es 9.8

m/s

^{2} en Santiago.

Sinónimos : gravedad terrestre

Si sueltas una moneda desde 2 metros de altura en tu casa de Puente Alto, tardará aproximadamente 0.64 segundos en caer, gracias a la aceleración de gravedad.

g = 9.8 {m/s}^{2}

En Antofagasta, la aceleración de gravedad es ligeramente menor (9.78 $m/s$ ^{2}) que en Santiago (9.80 $m/s$ ^{2}) debido a la altitud.

caída libre (noun) /kaˈi.ða ˈli.βɾe/

Movimiento de un cuerpo bajo la influencia exclusiva de la fuerza de gravedad, sin resistencia del aire ni otras fuerzas. Todos los cuerpos caen con la misma aceleración en el vacío.

Sinónimos : movimiento bajo gravedad

En la Luna, donde no hay atmósfera, una pluma y un martillo caen al mismo tiempo. En la Tierra, la resistencia del aire los hace caer diferente.

y = y_{0} + v_{0} t - \frac{1}{2} g t^{2}

Si sueltas una moneda desde el mirador de la Torre Entel en Santiago, cae en caída libre hasta que el aire la frena.

centro de masa (noun) /ˈsen.tɾo ðe ˈma.sa/

Punto imaginario donde se concentra toda la masa de un cuerpo o sistema. Su movimiento describe el movimiento global del objeto.

Sinónimos : centro de gravedad

Si lanzas un trompo en la plaza de Armas de Concepción, su centro de masa describe una parábola, aunque el trompo gire.

x_{C M} = \frac{\sum m_{i} x_{i}}{\sum m_{i}}

Cuando saltas en el Parque O'Higgins, tu centro de masa sigue una trayectoria parabólica, aunque tus brazos y piernas se muevan.

coeficiente de roce (noun) /ko.eˈfi.sjen.te ðe ˈro.se/

Número adimensional que caracteriza el rozamiento entre dos superficies. Depende de los materiales en contacto y su rugosidad.

Sinónimos : coeficiente de fricción

El coeficiente de roce entre tus zapatillas y el piso de baldosas en el colegio es mayor que entre tus zapatillas y el pasto del Parque Bustamante.

f_{r} = μ \cdot N

El coeficiente de roce estático entre el neumático de un auto y el asfalto de la Ruta 68 es aproximadamente 0.7, mientras que en tierra es 0.3.

desplazamiento (noun) /des.pla.saˈmjen.to/

Cambio de posición de un cuerpo, medido como la distancia en línea recta entre la posición inicial y final, con su dirección.

Sinónimos : cambio de posición

Si caminas desde el cerro Santa Lucía hasta la Plaza de Armas de Santiago, tu desplazamiento es de unos 500 m hacia el este, aunque hayas recorrido 1 km por las calles.

\Delta \vec{x} = $\vec{x}_f - \vec{x}_i$ ParseError: Can't use function '\(' in math mode at position 18: …elta \vec{x} = \̲(̲\vec{x}_f - \ve…

El desplazamiento de un bus que va desde el terminal de La Cisterna hasta el centro de Santiago es de 12 km hacia el norte.

dinámica (noun) /diˈna.mi.ka/

Rama de la física que estudia las causas del movimiento, es decir, las fuerzas y sus efectos sobre los cuerpos. Se opone a la cinemática, que solo describe el movimiento.

Sinónimos : mecánica del movimiento

Mientras la cinemática te dice cómo se mueve un bus, la dinámica te explica por qué se mueve (motor, rozamiento, pendiente).

Para entender por qué el funicular de Valparaíso sube la cuesta, necesitas dinámica: el motor ejerce una fuerza que vence el peso y el rozamiento.

equilibrio (noun) /e.kiˈli.bɾi.o/

Estado en que la fuerza neta sobre un cuerpo es cero, por lo que no acelera. Puede ser estático (reposo) o dinámico (velocidad constante).

Sinónimos : balance, reposo

Un libro en tu escritorio está en equilibrio porque la fuerza normal equilibra su peso.

\sum \vec{F} = 0

Cuando te paras en una banca del cerro San Cristóbal, estás en equilibrio porque tu peso y la fuerza normal se cancelan.

fuerza (noun) /ˈfweɾ.sa/

Interacción que, al actuar sobre un cuerpo, puede cambiar su estado de movimiento o deformarlo. Una fuerza se mide en newtons (N) y siempre actúa entre dos cuerpos.

Sinónimos : empuje, jalón, tirón

Sin fuerza no hay cambio de movimiento: si empujas un mueble en tu casa en Ñuñoa, estás aplicando una fuerza que vence la inercia.

F = m \cdot a

Cuando jalas tu mochila llena de cuadernos en el paseo Ahumada, aplicas una fuerza de 20 N para vencer la inercia de la mochila.

fuerza de gravedad (noun) /ˈfweɾ.sa ðe ɡɾa.βiˈðað/

Fuerza de atracción mutua entre dos cuerpos con masa. En la superficie terrestre, se manifiesta como el peso de los objetos.

Sinónimos : gravedad, fuerza gravitacional

La gravedad es la razón por la que no flotamos como en la Luna: la Tierra nos atrae con una fuerza de 9.8 $m/s$ ^{2}.

F_{g} = G \cdot \frac{m_{1} \cdot m_{2}}{r^{2}}

Cuando sueltas una manzana en el Mercado Central, cae al suelo debido a la fuerza de gravedad que la Tierra ejerce sobre ella.

fuerza elástica (noun) /ˈfweɾ.sa eˈlas.ti.ka/

Fuerza restauradora que ejerce un resorte o material elástico cuando se deforma. Su magnitud es proporcional a la deformación (ley de Hooke).

Sinónimos : fuerza de restitución

Cuando estiras un elástico en el supermercado para abrir un paquete de galletas, sientes la fuerza elástica que intenta volverlo a su forma original.

F_{e} = - k \cdot x

Un resorte de k = 500 $N/m$ se estira 0.1 m al colgarle un peso de 5 kg (49 N), cumpliendo la ley de Hooke.

fuerza neta (noun) /ˈfweɾ.sa ˈne.ta/

Suma vectorial de todas las fuerzas que actúan sobre un cuerpo. Determina si el cuerpo acelera, frena o mantiene su movimiento.

Sinónimos : fuerza resultante

Si la fuerza neta es cero, el cuerpo está en equilibrio. Si no, cambia su movimiento.

{\vec{F}}_{n e t a} = \sum {\vec{F}}_{i}

Cuando subes en el funicular de Valparaíso, la fuerza neta hacia arriba (motor) vence la fuerza neta hacia abajo (peso + rozamiento).

fuerza normal (noun) /ˈfweɾ.sa norˈmal/

Fuerza perpendicular ejercida por una superficie sobre un cuerpo que está en contacto con ella. Equilibra el peso en superficies horizontales.

Sinónimos : reacción normal

La fuerza normal es la que te sostiene cuando estás sentado en una banca del Parque Forestal.

N = m \cdot g \cdot \cos (θ)

Cuando te paras sobre una balanza en tu casa de La Florida, la fuerza normal que mide es igual a tu peso (70 kg = 687 N).

inercia (noun) /iˈneɾ.sja/

Propiedad de los cuerpos de mantener su estado de reposo o movimiento rectilíneo uniforme si no hay una fuerza neta actuando sobre ellos. Es la 'resistencia' al cambio.

Sinónimos : resistencia al cambio

La inercia explica por qué te vas hacia adelante cuando el auto frena de golpe en Providencia.

Al saltar desde el andén del metro en Baquedano, tu cuerpo tiende a seguir moviéndose hacia arriba por inercia, por eso aterrizas en el mismo lugar.

ley de Hooke (concept) /ˈlej ðe ˈuks/

Ley que establece que la fuerza elástica de un resorte es directamente proporcional a su deformación, siempre que no se supere el límite elástico del material.

Sinónimos : ley de elasticidad

Esta ley explica por qué los amortiguadores de los autos en la Ruta 5 funcionan: se deforman proporcionalmente a los baches.

F_{e} = - k x

Si cuelgas una botella con 2 kg de agua (19.6 N) de un resorte de k = 200 $N/m$ , este se estirará 9.8 cm.

marco inercial (noun) /ˈmaɾ.ko i.neɾˈsjal/

Sistema de referencia que se mueve con velocidad constante (sin aceleración). En estos marcos, las leyes de Newton se cumplen directamente.

Sinónimos : sistema inercial

Un bus que avanza a velocidad constante por la Panamericana Sur es un marco inercial. Uno que frena bruscamente, no.

Si estás en un bus del Transantiago que avanza a 60 $km/h$ en línea recta sin acelerar, cualquier experimento de física que hagas dentro del bus seguirá las leyes de Newton.

masa (noun) /ˈma.sa/

Cantidad de materia que posee un cuerpo, medida en kilogramos (kg). Es una propiedad intrínseca que determina la inercia y la resistencia al cambio de movimiento.

Sinónimos : cantidad de materia

Tu masa no cambia si viajas de Santiago a Concepción, pero tu peso sí porque la gravedad es menor en la costa.

m = \frac{F}{a}

Una bolsa de papas de 5 kg en el supermercado Líder de Maipú tiene la misma masa que en el mercado de La Vega, pero pesa menos en el puerto de Valparaíso.

movimiento (noun) /mo.βiˈmjen.to/

Cambio de posición de un cuerpo respecto a un punto de referencia a lo largo del tiempo. Puede ser rectilíneo, curvilíneo o circular.

Sinónimos : desplazamiento, traslación

Todo movimiento es relativo: si estás sentado en un bus que avanza por la Panamericana, tu movimiento depende de si tomas como referencia la carretera o el bus.

v = \frac{Δ x}{Δ t}

El movimiento de los buses del Transantiago por la Avenida Providencia se describe con rapidez constante de 50 $km/h$ en horario valle.

MRUA (acronym) /e.me.ɾe.ˈu.a/

Movimiento rectilíneo uniformemente acelerado. Es el movimiento en línea recta con aceleración constante, como el de un objeto en caída libre o un auto acelerando.

Sinónimos : movimiento rectilíneo con aceleración constante

Cuando el bus del Transantiago arranca desde una parada en San Bernardo, su movimiento es MRUA hasta alcanzar velocidad constante.

v = v_{0} + a t; x = x_{0} + v_{0} t + \frac{1}{2} a t^{2}

Si un auto parte del reposo en la Plaza de Armas de Valparaíso y acelera a 3 $m/s$ ^{2}, después de 5 segundos habrá recorrido 37.5 metros.

peso (noun) /ˈpe.so/

Fuerza con que la Tierra (u otro planeta) atrae a un cuerpo hacia su centro. Depende de la masa y de la aceleración de gravedad local.

Sinónimos : fuerza gravitatoria

Tu peso en Antofagasta es menor que en Santiago porque la gravedad disminuye con la altitud.

P = m \cdot g

Una persona de 70 kg pesa aproximadamente 687 N en Santiago, pero 685 N en el altiplano de Putre.

peso aparente (noun) /ˈpe.so a.paˈɾen.te/

Fuerza que percibe un cuerpo cuando interactúa con una superficie o sistema en movimiento acelerado. Puede ser mayor o menor que el peso real.

Sinónimos : peso sentido

En un ascensor que acelera hacia arriba, te sientes más pesado porque la fuerza normal aumenta.

P_{a p a r e n t e} = m \cdot (g \pm a)

Cuando el ascensor del Costanera Center acelera hacia arriba a 1 $m/s$ ^{2}, una persona de 70 kg siente un peso aparente de 770 N en lugar de 687 N.

primera ley de Newton (concept) /ˈpɾi.meɾa ˈlej de njuˈton/

inercia expresada formalmente: todo cuerpo permanece en reposo o en movimiento rectilíneo uniforme a menos que una fuerza neta actúe sobre él.

Sinónimos : ley de inercia

Si dejas tu cuaderno sobre el escritorio en tu casa de Puente Alto, seguirá ahí hasta que alguien lo mueva.

\sum \vec{F} = 0 \Rightarrow \vec{a} = 0

Cuando el auto en el que vas por la Ruta 5 Sur avanza a velocidad constante, la fuerza del motor equilibra la resistencia del aire y el roce, cumpliendo la primera ley.

rozamiento (noun) /ro.saˈmjen.to/

Fuerza que se opone al movimiento relativo entre dos superficies en contacto. Puede ser estático (antes de moverse) o cinético (mientras se mueve).

Sinónimos : fricción

El rozamiento es lo que te permite caminar sin resbalar en el piso del colegio, pero también lo que desgasta las suelas de tus zapatillas.

f_{r} = μ \cdot N

Cuando empujas un mueble en el suelo de madera de tu casa en Ñuñoa, el rozamiento estático evita que se mueva hasta que aplicas suficiente fuerza.

segunda ley de Newton (concept) /seˈɣun.da ˈlej de njuˈton/

La fuerza neta aplicada a un cuerpo es igual a la masa del cuerpo multiplicada por su aceleración. Es la base para calcular fuerzas en situaciones cotidianas.

Sinónimos : ley fundamental de la dinámica

Esta ley te permite calcular cuánta fuerza necesitas para mover tu mochila llena de libros desde el metro hasta la universidad.

{\vec{F}}_{n e t a} = m \cdot \vec{a}

Para empujar un carro de supermercado con 30 kg de masa y acelerar a 0.5 $m/s$ ^{2} en el Persa Bio-Bío, necesitas aplicar una fuerza neta de 15 N.

tercera ley de Newton (concept) /ˈteɾ.seɾa ˈlej de njuˈton/

A toda acción le corresponde una reacción de igual magnitud pero en dirección opuesta. Las fuerzas siempre ocurren en pares.

Sinónimos : ley de acción y reacción

Cuando saltas en el Parque O'Higgins, tus pies empujan el suelo hacia abajo y el suelo te empuja hacia arriba, permitiéndote despegar.

{\vec{F}}_{A B} = - {\vec{F}}_{B A}

Al caminar por el cerro Santa Lucía, tus pies ejercen una fuerza hacia atrás sobre el suelo y el suelo ejerce una fuerza hacia adelante que te impulsa.

torque (noun) /ˈtoɾ.ke/

Magnitud que mide la tendencia de una fuerza a hacer girar un cuerpo alrededor de un eje. Depende de la fuerza y la distancia al eje de rotación.

Sinónimos : momento de fuerza

Para abrir la puerta del aula en tu colegio de Puente Alto, aplicas torque al girar el picaporte.

τ = r \times F = r F \sin (θ)

Cuando aprietas un tornillo con una llave en tu taller de Maipú, el torque que aplicas depende de la fuerza y la longitud de la llave.

velocidad (noun) /be.lo.siˈðað/

Magnitud que indica qué tan rápido se mueve un cuerpo y en qué dirección. Es una cantidad vectorial (tiene módulo y dirección).

Sinónimos : rapidez con dirección

Si vas en bicicleta a 15 $km/h$ hacia el norte por el Parque Bustamante, tu velocidad es diferente a si vas a 15 $km/h$ hacia el sur.

\vec{v} = \frac{Δ \vec{x}}{Δ t}

La velocidad de los buses del Transantiago en hora punta por la Alameda puede ser de solo 10 $km/h$ debido al tráfico.

velocidad terminal (noun) /be.lo.siˈðað teɾ.miˈnal/

Velocidad máxima que alcanza un cuerpo en caída libre cuando la fuerza de rozamiento del aire equilibra su peso. Depende de la forma y masa del objeto.

Sinónimos : velocidad límite

Un paracaidista en caída libre alcanza unos 200 $km/h$ antes de abrir el paracaídas, momento en que la velocidad terminal disminuye drásticamente.

v_{t} = \sqrt{\frac{2 m g}{ρ A C_{d}}}

Cuando saltas desde el puente del río Maipo en Buin, alcanzas velocidad terminal en unos 5 segundos, dependiendo de tu postura.

Fuentes

en.wikipedia.org